光电效应以及光子名称的来源
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现在我们都知道光子是量子,但是这是怎么来的呢?
量子是1900年普朗克研究黑体辐射时的假设,黑体在吸收和发射能量的时候不是连续的,而是一份一份的,这个单位便被称为"量子"。量子的计算公式为E=hv. E是一个电子的能量, h是量子的大小,v是辐射频率。
赫兹和之后的科学家在实验时发现了"光电效应",就是光照射金属时,会从他的表面瞬时打出电子来,是否能打出电子取决于光的频率,打出多少电子去觉得光的波长。这有悖于传统的将电子能量的变化看作是连续的假设。因为如果电子能量是连续累积的,那么更强的能量,也就是更强波长的光,以及照射更长的时间,都会导致电子被打出来。但是实际是电子是在瞬时被打出来的。是否能打出电子取决于光的频率,如果光的频率不够高,无论多长时间都无法打出电子。而如果频率足矣打出电子,那么光的强度越强,打出的电子便越多。
受黑体辐射的启发,1905年爱因斯坦做出假设,一束光在空间传播时,能量不是连续分布,而是由一个个不可分割的能量子组成的。基于这种假设,光电效应被很好的解释了。提高频率正是提高单个量子的能量,而提高光的强度,就是提高量子数量,所以相应打出更多的电子。
爱因斯坦总结说,"根据这种假设,从一点所发出的光线在不断扩大的空间中传播时,它的能量不是连续分布的,而是由一些数量有限的,局限于空间中某个地点的'能量子'所组成的。这些能量子不可分割,是能整份地北吸收或者发射。"组成光的最小单位被爱因斯坦称为"光量子",后来被美国物理学家路易斯在1926年改为"光子"。
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